新疆某选厂选矿废水处理及回用试验研究.pdf

1 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 4 ．0 0 4 新疆某选厂选矿废水处理及回用试验研究 吴斌1 ，王军1 ，刘成龙2 1 ．西北矿，台研究院，甘肃白银7 3 0 9 0 0 ；2 ．宁夏师范学院化学化工学院，宁夏固原7 5 6 0 0 0 摘要研究了新疆某选厂选矿废水的处理方法，并对处理后的废水进行了选矿验证试验。确定采用“化学氧化还原法 中和沉淀法 活性炭吸附法”联合处理选矿废水。结果表明，当初始废水p H 值在2 左右，F e S 0 4 7 H 2 0 投加量为理论值， 石灰乳调节溶液p H 值于7 ～8 ，活性炭的投加量为0 ．3g ／i 。时，废水中重金属以及C O D 的去除率最高。处理后的选矿废水中 C r 、C u 、P b 以及C O D 的含量均低于国家污水排放标准，选矿验证试验结果表明，处理后的废水可循环利用。 关键词选矿废水；硫酸亚铁；氧化还原反应；中和沉淀；活性炭吸附 中图分类号T D 9 2 6 ．5文献标志码A文章编号16 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 4 0 0 l6 - 0 6 S t u d yo nT r e a t i n ga n dR e c y c l i n go fD r e s s i n gW a s t e w a t e rf r o maP l a n to fX i n ji a n g W UB i n l ，W A N GJ u n1 ，L J U C h e n g l o n g 2 1 ．N o r t h w e s tI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B a i y i nG a n s u7 3 0 9 0 0 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N i n g x i aN o r m a lU n i v e r s i t y ， G u y u a nN i n g x i a7 5 6 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sa r t i c l em a k e sas t u d yo fm e t h o dt ot r e a tw a s t ew a t e rf r o mam i n e r a lp r o c e s s i n gp l a n to f X i n j i a n ga n dm a k e s at e s tt or e u s et r e a t e dw a s t ew a t e rf o ro r ed r e s s i n g ．T h e “c h e m i c a lo x i d a t i o nr e d u c t i o n ， n e u t r a l i z a t i o np r e c i p i t a t i o n ，a n da c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o n ’’m e t h o d sa r eu s e df o rt h et r e a t m e n to ft h e w a s t e w a t e r ．T h er e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h ei n i t i a lp Hv a l u eo fw a s t e w a t e ri sa b o u t2 ，a n dF e S 0 4 7 H 2O d o s a g ei st h et h e o r e t i c a lv a l u e ．T h ep Hv a l u ew a sa d ju s t e df r o m7 t o8w i t hl i m em i l k ，a n dt h ea c t i v a t e d c a r b o nd o s a g ei s0 ．3g ／L ，w h e nt h er e m o v a lr a t e so fh e a v ym e t a l sa n dC O Da r et h eh i g h e s t ．T h ec o n t e n t s o fC r ，C u ，P ba n dC O Dl e v e l si na r ea l ll o w e rt h a nt h en a t i o n a ls e w a g ed i s c h a r g es t a n d a r d ．T h ev a l i d a t i o n t e s to fm i n e r a lp r o c e s s i n gi n d i c a t st h a tt h et r e a t e dw a s t e w a t e rc a nb er e c y c l e d ． K e yw o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r ；f e r r o u ss u l f a t e ；o x i d a t i o n r e d u c t i o nr e a c t i o n ；n e u t r a l i z a t i o n p r e c i p i t a t i o n ；a c t i v a t e dc a r b o na b s o r b 新疆某选厂矿石为硫化矿矿石，选矿厂生产规矿废水进行一定程度的处理，将其回用，可实现水资 模为10 0 0t ／a ，采用铜铅混合浮选一铜铅分离一尾源的循环利用。 矿选锌流程。铜铅混选和铜铅分离流程均为一次粗 选、三次精选、三次扫选，尾矿选锌为一次粗选、二次 精选、三次扫选。废水排放量达35 0 0t ／a ，浮选过程 中由于要加入捕收剂、起泡剂、p H 调节剂、活化剂、 目前废水处理主要的工艺有自然沉降法‘⋯、气 浮法嘲、混凝沉淀法E “、离子交换法嘲、中和沉淀 法‘6 。、生物法E7 ‘、硫化沉淀法‘8 | 、吸附法‘””1 等。董 栋‘1 1 1 等人利用P F S 、P A C 及明矾三种混凝剂对铅锌 抑制剂等药剂，选矿过程中药剂的残留使得废水p H 选矿废水进行了处理，试验结果表明废水采用混凝 值达1 2 ～1 3 ，重金属离子C r 、C u 、P b 、Z n 和C O D 含沉降一活性炭吸附工艺处理后的选矿指标与清水相 量均偏高、废水的起泡性强。若将废水直接排放一 是造成水资源的浪费，二是对环境造成不可预料的 污染危害，但是直接回用又会影响选矿指标‘1 | 。新 疆某选厂所属地区是一个缺水地区，若是能够对选 当。张志等‘”3 人应用微电解一中和沉淀法对矿山酸 性地下水中重金属离子进行去除，试验结果表明，处 理后的水质指标达到了矿山选矿工艺用水的要求。 李静红‘1 3 3 等人在室温，p H8 ．5 ～9 ．0 之间， 基金项目宁夏重点研发计划一般科技项目 2 0 1 8 B E E 0 3 0 2 1 收稿日期2 0 1 9 - 0 2 1 9修回日期2 0 1 9 - 0 2 2 5 作者简介吴斌 1 9 6 9 一 ，男，甘肃平凉人，高级工程师，从事水处理产品的研发及工艺研究工作。 万方数据 2 0 1 9 年第4 期吴斌等新疆某选厂选矿废水处理及回用试验研究 1 7 竹 F e 2 2 竹 N i 2 1 2 1 ，n F e 3 o 行 F e 2 1 ．5 1 ，搅拌时间为1 5m i n 的条件下处理低浓度镍 盐生产废水，试验结果表明，处理后的废水中N i 2 含 量达到0 ．2 0m g ／L 以下。赵永红[ 6 1 用F e n t o n 试剂 处理含黄药废水，试验考查了p H 值、H 。O 。和F e 2 用量对黄药去除率的影响。结果表明，废水初始p H 为4 ，H 2 0 2 浓度2 0m g ／L 、F e 2 浓度1 2m g ／L 条件 下，黄药的去除率达到9 6 ．8 ％，废水可达标排放。由 于矿石性质以及废水主要污染物的不同，通常选用 以及回用要求，采用化学氧化还原法 中和沉淀法 活性炭吸附法联合处理选矿废水。 l试验部分 1 ．1 主要仪器及试剂 试验主要仪器设备见表1 ，试验主要化学试剂见 表2 。 1 ．2 试验原料 试验原料为新疆某选厂选矿废水。对该废水进 不同的工艺。本文针对新疆某选厂选矿废水的特征行了检测分析，其特征污染物浓度结果见表3 。 表1试验主要仪器设备 T a b l e1 A p p a r a t u sa n de q u i p m e n t si ne x p e r i m e n t s 水样名称 p H C O D 1 2 ～1 38 5 ．0 6 C u 0 ．0 2 8 P bC r 2 ．2 l 3 ．8 8 Z n 0 ．1 4 F eS 2 0 ．0 62 4 ．8 S 0 i 一 4 9 0 选矿废水 根据选矿废水的化学成分分析可知，该废水中 C O D 与重金属离子以及硫化物含量与选矿水要求 相比均超标，通过调酸、还原、中和、沉淀、吸附、氧 化、聚凝工序进行处理，使处理后的水能够达到循环 使用且不影响选矿指标的目的。 1 ．3 试验方案 试验采用化学还原法与中和沉淀法深度处理， 化学还原法与中和沉淀法去除废水中C r 、C u 2 、 P b 2 等重金属离子。硫酸亚铁 F e S O 。7 H O 法 处理含铬废水，就是将处理废水用酸调节p H 在2 ～ 3 ，再用还原剂硫酸亚铁把六价铬 C r 6 还原成无 毒的三价铬 C r 3 。还原后废水加碱，调p H 在8 ～ 9 ，使C r 3 、C u 2 、P b 2 产生中和沉淀，最后加入适量 活性炭吸附C O D ，静置并进行沉淀，完成固液分离， 上清液进行分析检测与选矿验证试验。原水处理工 艺流程如图1 所示。 1 ．4 深度处理废水的试验研究 1 ．4 ．1 反应原理 化学还原法与中和沉淀法 即硫酸亚铁一石灰 法 处理含铬等重金属离子废水的主要化学反应 C r 2 0 ；一 6 F e 2 1 4 H 一2 C r 3 6 F e 3 7 H 2 0 电极电位E o 1 ．3 3 0 ．7 7 1 0 ．5 6V 0 C r 3 3 0 H 一 C r O H 。、} F e 3 3 0 H 一 F e 0 H 3J ， 可能伴生的副反应有 F e 2 2 0 H 一 F e O H ， C a 2 S O 一一C a S 0 4 一般情况下，F e 2 会被氧化为F e 3 ，水合铁离 子可以进行水解、聚合反应。在一定的条件下，F e 3 适用的p H 值范围较宽，形成的絮凝体较密实，F e 3 通过水解可形成多种成分的配合物或聚合物。该反 万方数据 1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 应在常温常压下进行，氧化还原反应控制在酸性环 境中，中和沉淀控制p H 在7 ～8 。 选矿废水 图1废水处理工艺流程图 F i g ．1T e c h n o l o g i c a lp r o c e s sd i a g r a mo f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t 1 ．4 ．2 试验方法与结果 试验采用单一变量法分别考察了初始废水p H 值，F e S O 。7 H 。O 投加量、还原反应时间、中和反应 p H 值、中和反应时间、活性炭的投加量等因素对 C r 、C u 抖、P b 2 重金属离子及C o D 去除率的影响。 试验取选矿废水2I 。于烧杯中，加入稀硫酸分别 调节p H 值至1 ～7 ，向每个试样中分别投加0 ．1 2g 理 论F e S O 。7 H O 用量，中速搅拌3 0m i n 后静置过 滤，待还原反应结束之后，向滤液中加入一定量的石 灰中和调节p H 于7 ～1 3 ，待溶液p H 值稳定不再发 生变化时，将固液进行分离，向滤液中加入一定量的 活性炭，搅拌状态下吸附3 0m i n ，最后取上清液分析 检测其中C r 、C u 2 、P b 2 重金属离子与C O D 含量。 初始废水p H 值，F e S O 。7 H o 投加量、还原反应 时问、中和反应p H 值、中和反应时间、活性炭的投 加量对去除率的影响如图2 ～7 所示。 初始废水p H 图2 废水初始p H 值对重金属 和C O D 去除率的影响 F i g ．2 I n f l u e n c eo ft h ei n i t i a lp Hv a l u eo ft h e w a s t e w a t e ro nr e m o v a lr a t e so fh e a v ym e t a la n dC O D F e S O 。7 1 t 2 0 投入量儋 图3F e S O 。7 H O 投加量对C r 去除率的影响 F i g ．3 I n f l u e n c eo fF e S 0 4 7H 2Od o s a g e o nr e m o v a lr a t e s 氧化还原反应时间／r a i n 图4氧化还原反应时间对重金属 和C O D 去除率的影响 F i g ．4 I n f l u e n c eo fr e d u c t i o nr e a c t i o nt i m eo n r e m o v a lr a t e so fh e a v ym e t a la n dC O D 万方数据 2 0 1 9 年第4 期吴斌等新疆某选厂选矿废水处理及回用试验研究 1 9 堡 褂 篮 稍 图5中和反应终点p H 值对重金属去除率的影响 F i g ．5 I n f l u e n c eo fn e u t r a l i z a t i o nr e a c t i o np H v a l u eo nr e m o v a lr a t e so fh e a v ym e t a l 图6中和反应时间对重金属和C O D 去除率的影响 F i g ．6 I n f l u e n c eo fn e u t r a l l z a t i o nr e a c t i o n t i m eo nr e m o v a lr a t e so fh e a v ym e t a la n dC O D 图7活性炭投加量对C O D 去除率的影响 F i g ．7 I n f l u e n c eo fa c t i v a t e dc h a r c o a l d o s a g eo nr e m o v a lr a t e so fC O D 由图2 可以看出，废水初始p H 值对重金属以 及C O D 的去除有一定的影响，随着酸性的增强，重 金属以及C O D 的去除率上升，在p H 值在1 ～2 时 去除率达到最高，在p H 一1 和p H 一2 的环境下溶液 中的重金属和C O D 去除率几乎相同，从经济性以及 试验的安全性方便操作性等方面考虑，试验选取 p H 一2 作为初始废水的最佳p H 。 由图3 可以看出，随着F e S O 。7 H 0 用量的增 加，上清液中C r 离子的含量有所减少，去除率有所 增加，当F e S O 。7 H 。O 的用量为理论值时，上清液 中C r 离子的含量明显低于国家污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 ，此时的C r 6 已基本被还原，继续投 加F e S O 。7 H O 对于C r 6 的去除率并没有太大意 义。因此，确定20 0 0 m L 该选矿废水中投加0 ．1 2g F e S 0 4 7 H 2 0 。 试验分别考察了不同氧化还原反应时间1 0 、2 0 、 3 0 、4 0 、5 0 、6 0m i n 对重金属和C O D 的去除率的影 响，由图4 可以看出，1 0 ～3 0m i n 内随着时间的增 长，重金属和C O D 的去除率呈现上升趋势，3 0m i n 之后，重金属和C O D 的去除率的趋于平稳，变化不 大，可能原因是3 0m i n 反应已经很彻底，因此发生 氧化还原反应的最佳时间是3 0m i n 。 图5 分别考察了中和反应终点p H 值7 、8 、9 、 1 0 、1 1 、1 2 、1 3 对重金属去除率的影响，由图5 可以看 出，碱性条件下对C r 和P b 的影响比较明显，C u 离 子似乎没有影响，综合考虑在p H 值7 ～8 ，C r 、C u 、 P b 的去除率均最高，随着碱性的增强，C r 、C u 、P b 的 去除率有下降趋势，分析原因可能是C r 、C u 、P b 沉 淀在其最佳沉淀p H 范围之外发生了反溶，导致溶 液中重金属离子浓度增加，去除率下降，因此，确定 C r 、C u 、P b 的最佳沉淀p H 为7 ～8 。 试验分别考察了中和反应时间3 0 、4 0 、5 0 、6 0 、 9 0 、1 2 0m i n 对重金属和C O D 的去除率的影响，由图 6 可以看出，3 0 ～6 0m i n 内随着时间的增长，重金属 和C O D 的去除率呈现上升趋势，6 0r a i n 之后，重金 属和C O D 的去除率的趋于平稳，变化不大，可能原 因是6 0m i n 反应已经很彻底，因此发生中和反应的 最佳时间是6 0m i n 。 由图7 可以看出，随着活性炭用量的增加，溶液 中C O D 的含量有所减少，去除率有所增加，当活性 炭的用量为0 ．3g ／L 废水时，溶液中C O D 的含量达 到最低，继续投加活性炭，溶液中C o D 的含量不再 发生变化。因此，确定2L 该选矿废水中投加0 ．6g 活性炭。 万方数据 2 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 1 ．5 选矿试验及结果 按照新疆某选厂铜铅锌矿现场选矿生产工艺原 则流程进行不同水质的铜铅部分的闭路试验，包括 回水方案 现场回水清水一6 4 、清水方案 白银 自来水 和处理回水方案 处理回水清水一6 4 ， 试验流程及条件见图8 ，试验结果列入表4 。试验结 果表明，回水方案铜铅分离效果较差，与清水方案相 比，铜精矿铜品位降低1 ．9 2 ％，铜回收率降低 3 ．6 0 ％，铅、锌含量分别升高3 ．0 9 ％、4 ．2 8 ％，铅精矿 铅品位降低2 ．3 8 ％，铅回收率降低6 ．9 5 ％；处理回 水方案与清水方案相比，铜铅选矿技术指标比较 接近。 图8 闭路试验流程及条件 F i g ．8 C l o s e dc i r c u i tt e s tp r o c e d u r ea n dc o n d i t i o n s 注图l 中序号①表示回水试验方案的药剂用量，序号②表示清水试验方案的药剂用量， 序号③表示处理回水试验方案的药剂用量。药剂用量只有一个数字的，表示三个试验方案药剂用量是相同的。 万方数据 2 0 1 9 年第4 期吴斌等新疆某选厂选矿废水处理及回用试验研究 2 1 2结论 1 本文针对新疆某选厂选矿废水特征，p H 值高 达1 2 ～1 3 ，重金属离子C r 、C u 、P b 、Z n 和C O D 含量 均偏高、废水的起泡性强等问题，研究采用化学氧化 还原法 中和沉淀法 活性炭吸附法联合处理选矿 废水。经化学处理的回水和清水方案对比，铜铅选 矿技术指标比较接近。说明化学联合处理选矿废水 法可行。 2 当初始废水p H 值调整在2 左右，F e S O 。 7 H 。0 投加量为理论值，用石灰乳调节溶液p H 值于 7 ～8 ，活性炭的投加量为0 ．3g ／L 时，废水中重金属 以及C O D 的去除率最高。 参考文献 [ 1 ] 郑雅杰，彭振华．铅锌矿选矿废水的处理及循环利用[ J ] ． 中南大学学报 自然科学版 ，2 0 0 7 。3 8 3 4 6 8 8 4 7 3 ． [ 2 ] 邱树敏，赵晓凤，李国栋．甘肃某铅锌矿选厂废水净化与 回用试验E J ] ．金属矿山，2 0 1 5 1 1 16 9 1 7 3 ． [ 3 ] C L A R EAN ．W I L S O NDJ ．G a sf l o t a t i o np r o c e s s s e p a r a t i n g [ J ] S e p a r a t i o na n dP u r i f i c a t i o nM e t h o d s ，1 9 9 8 ， 8 2 4 5 5 2 ． [ 4 ] 杨开明，张建强，杨小林．混凝沉淀过程中最佳混凝剂投 量的研究[ J ] ．工业水处理，2 0 0 5 ，2 5 9 4 9 5 1 ． [ 5 ] 刘曙，宋敏娟，白龙，等．离子交换法去除选矿循环水中 s o l 一的研究口] ．工业用水与废水，2 0 1 3 ，4 4 3 3 5 3 8 ． [ 6 ] 赵永红，姜科．F e n t o n 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